低场低能区金刚石内载流子飞行时间的蒙特卡洛模拟

金刚石是一种重要的宽禁带半导体材料,对金刚石内载流子输运过程的研究将有助于了解金刚石用作各种电子器件的潜能。利用Monte Carlo模拟方法,研究了在低场低能区金刚石内载流子的飞行时间。在模拟中考虑了抛物线型能带模型和声学声子散射机制,以及样品对光的吸收和载流子在Brillouin区边界的Bragg反射。通过模拟,得到了低场低能区金刚石材料内载流子的飞行时间分布,并与相关的实验结果进行了比较分析,验证了该模拟模型的正确性。研究结果表明,在低场低能区,金刚石材料内主要的散射机制是声学声子散射。在研究金刚石材料内载流子的迁移输运问题时,可以采用较为简单的抛物线型能带模型,但在研究薄样品中的载流子输运时应当考虑材料的光吸收对初始载流子分布的影响,而且在场强较高以及样品厚度较大时,应当考虑载流子在Brillouin区边界的Bragg反射。     

硅基半导体多场耦合下的光传输及电调控特性分析

针对硅基半导体电光热多场耦合特性及电调控问题,引入泊松方程和载流子连续性方程来计算载流子输运过程的浓度分布,利用德鲁德-洛伦兹公式和K-K关系式考虑载流子浓度变化对于光折射率和吸收系数的影响,并根据电磁耗散求解热沉积项。通过对半导体基本方程、电磁波动方程和能量方程的耦合方程组进行有限元求解,模拟并分析了电光热三者耦合作用下硅基半导体介电属性及光传输行为随外加电压、载流子初始浓度、换热系数等影响因素的变化规律。研究指出了半导体P区表面反射光电场模随外加电压的降低而升高,随换热系数的增大而降低的规律。利用该机制给出了对反射光强空间分布进行电热调控的方案。     

红外波长上转换器件中载流子阻挡结构的研究

复杂半导体材料结构中的载流子分布特性对器件性能有重要影响. 本文针对一种新型的波长上转换红外探测器, 研究了载流子阻挡结构对载流子分布和器件特性的影响. 论文通过自洽求解薛定谔方程、泊松方程、电流连续性方程和载流子速率方程分析了不同器件结构中的空穴分布. 同时, 生长了相应结构的外延材料, 并通过电致荧光谱分析了载流子阻挡结构对器件特性的影响. 结果表明, 2 nm厚的AlAs势垒层既能有效阻挡空穴又不影响电子输运, 有利于制作波长上转换红外探测器. 此外, 论文分析了阻挡势垒层的厚度和高度以及工作温度对载流子分布的影响. 本文研究结果亦可应用于其他载流子非均匀分布的半导体器件.     

超短脉冲激光辐照硅膜的热弹性

 考虑到热电子崩力的影响,在基于玻耳兹曼理论弛豫时间近似的非线性自相关模型基础上,将晶格温度与应变速率相耦合,建立了超短脉冲激光作用下半导体材料的超快热弹性模型。在单轴应变条件下,利用有限差分法模拟了500 fs脉冲激光作用下2 μm厚硅膜内的载流子温度、晶格温度、载流子数密度、热应力和热电子崩力等的变化情况。结果表明：在低能量密度激光条件下,热弹性效应对半导体材料的影响很小;载流子温度达到峰值的时间比激光强度达到峰值的时间早,随后载流子数密度达到峰值,以及激光脉冲作用5 ps以后硅膜趋于总体热平衡;在脉冲辐照早期,非热平衡阶段形成的热电子崩力在超快损伤过程中起主要作用。     

方波调制下自由载流子吸收测量半导体载流子输运参数的时域模型

本文建立了用于测量半导体载流子输运特性(载流子寿命、载流子扩散系数和前表面复合速度)的方波调制下自由载流子吸收(free carrier absorption,FCA)检测技术的时域理论模型.通过数值模拟,分析了在不同调制频率下时域曲线的变化趋势以及各个载流子输运参数对时域曲线的影响.结果表明方波调制下的自由载流子吸收的时域信号对各个参数都用较高的灵敏度,且参数值的测量范围大于频域测量范围.     

混沌激光对非本征光导型探测器的混沌干扰机制研究

 在唯象理论和二能级模型下，根据级联非线性系统原理，通过求解载流子输运动力学方程的Lyapunov指数，对混沌激光辐照下非本征光电导的混沌干扰机制进行了研究。结果表明：混沌激光能导致非本征光电导本身的混沌现象。     

脉冲激光辐照GaAs材料热效应研究

为了研究脉冲激光辐照GaAs材料的热效应,采用软件COMSOL Multiphysics构建了高斯脉冲激光辐照半导体材料的温升物理模型,分析了1 064nm纳秒级脉冲激光辐照半导体材料GaAs的热效应.通过求解热传导方程计算了不同功率密度激光辐照GaAs材料的径向与纵向温度场分布,讨论了单光子吸收、双光子吸收及自由载流子吸收对辐照材料的温升贡献.计算结果表明:当激光功率密度升至1010 W/cm2,自由载流子对材料的温升贡献已超过单光子吸收对材料温升的贡献而占主导位置;当激光功率密度降至108 W/cm2以下时,两种非线性吸收对材料温升的贡献可以忽略.该结果与相关实验基本相符,表明了构建的物理模型具有科学性.     

稀磁半导体--自旋和电荷的桥梁

稀磁半导体可能同时利用载流子的自旋和电荷自由度构造将磁、电集于一体的半导体器件．尤其是铁磁半导体材料的出现带动了半导体自旋电子学的发展．室温铁磁半导体材料的制备，半导体材料中有效的自旋注入，以及自旋在半导体结构中输运和操作已成为目前半导体自旋电子学领域中的热门课题．稀磁半导体呈现出强烈的自旋相关的光学性质和输运性质，这些效应为人们制备半导体自旋电子学器件提供了物理基础．     

光子重吸收对硅片的光载流子辐射特性影响的理论研究

光载流子辐射技术已广泛应用于半导体材料性能的表征,本文基于一种包含光子重吸收效应的光载流子辐射理论模型,对单晶硅中光子重吸收效应对光载流子辐射信号的影响进行了详细的理论分析.分析结果表明,光子重吸收效应对光载流子辐射信号的影响主要取决于样品掺杂浓度、过剩载流子浓度和过剩载流子的分布.由于过剩载流子浓度及其分布与材料电子输运特性密切相关,电子输运参数的变化将导致光子重吸收效应的影响随之变化.进一步分析了光子重吸收效应对具有不同电子输运特性的样品的电子输运参数的影响,并提出了减小光子重吸收效应影响的方法.     

氧化物薄膜晶体管研究进展

氧化物半导体材料因其载流子迁移率高、制备温度低、电学均匀性好、对可见光透明和成本低等优势,被认为是最适合驱动有机发光二极管的薄膜晶体管(TFT)的半导体有源材料之一.目前氧化物TFT已成功地应用在平板显示的驱动背板上.本文从氧化物TFT的历史和发展状况出发,先介绍了氧化物半导体材料及其载流子输运机理,然后详细介绍了氧化物TFT的结构、制备方法以及电学稳定性,接着介绍了近些年来氧化     

Thermal description of laser annealing

Heating and cooling rates as well as melting and solidification velocity of surface layers of irradiated samples by laser pulses are semi-quantitatively described in terms of heat flow concepts based on the assumption that laser light is directly converted in lattice heating. The range of validity of this approach compared with a more complete scheme taking into account the free carrier plasma evolution is sketched and the importance of Auger effect in the plasma-lattice coupling mechanism is detailed. The most important consequences of the quencing rates achievable by short laser pulse irradiation on the structure modification of semiconductor surface layers are reviewed with more details on the liquid to amorphous silicon transition. This is in fact the more new and less understood fast solidification process induced by pulsed laser irradiation.     

Analytical solution of hyperbolic heat conduction equation in relation to laser short-pulse heating

In the present study, the hyperbolic heat conduction equation is derived from the Boltzmann transport equation and the analytical solution of the resulting equation appropriate to the laser short-pulse heating of a solid surface is presented. The time exponentially decaying pulse is incorporated as a volumetric heat source in the hyperbolic equation to account for the absorption of the incident laser energy. The Fourier transformation is used to simplify the hyperbolic equation and the analytical solution of the simplified equation is obtained using the Laplace transformation method. Temperature distribution in space and time are computed in steel for two laser pulse parameters. It is found that internal energy gain from the irradiated field, due to the presence of the volumetric heat source in the hyperbolic equation, results in rapid rise of temperature in the surface region during the early heating period. In addition, temperature decay is gradual in the surface region and as the depth below the surface increases beyond the absorption depth, temperature decay becomes sharp.     

Transient response analysis of photoconductive detector under ultra-short laser pulse radiation

The transient response characteristics of HgCdTe photoconductive detector under the radiation of ultra-short laser pulse have been discussed in detail. Specifically, the transient effect of pulse width to the temperature of electronics and crystal lattice, and corresponding resistance changes of detector are mainly discussed. Based on traditional drift-diffusion model, considering that the temperature of electronics and crystal lattice are different under the ultra-short laser pulse, the double-temperature equation is joined to describe the semiconductor carriers’ dynamics features. Using the numerical method, the transient response characteristics of detector in the case of ultra-short pulse have been worked out. The calculation results show that: When the pulse width is greater than nanosecond pulse, the temperature of electronics will be equal to which of crystal lattice. If the pulse width is less than nanosecond pulse, the temperature of electronics is higher than which of the latter. After the end of a pulse, the rebound resistance of detector will be higher than the dark resistance because of the thermal effect. The heat effect is more obvious when a pulse with narrower width and higher energy density incident to the detector.     

激光在汽车工业中的发展现状与应用

介绍了近年来激光技术在汽车工业中的几项重要应用，详述了激光在诸如激光焊接、激光打标、激光热处理和激光切割等有关汽车工业技术中的应用状况，同时对汽车工业中所用激光类型进行了归类。最后综述了半导体激光器泵浦全固态激光器以及短脉冲和超短脉冲激光的应用前景。     

亚皮秒脉冲激光辐照硅薄膜热效应的模拟研究

基于Boltzmann方程,采用了Chen J K等人建立的自相关模型,考虑了Si薄膜的热容、热导率、弛豫时间等热力学参量随温度非线性变化的影响.采用有限差分法,数值求解了脉宽为500 fs的激光脉冲辐照2 μm厚硅膜的自相关模型.分析了膜表面载流子浓度、载流子温度、晶格温度等随入射激光功率和脉宽等的变化规律.结果表明：在脉冲辐照初期（t<0.68 ps）,载流子和晶格之间存在着明显的非热平衡性,之后通过相互之间的弛豫碰撞,逐渐达到热平衡,载流子热容是引起载流子温度在早期迅速上升的原因;载流子温度速率方程中单光子吸收、载流子-晶格能量交换和载流子能流变化率对载流子温升影响较大,而多光子吸收、双极能流和带隙能量变化率对载流子温升的影响较小,可以忽略;较高脉冲激光能量（Ф＞0.02 J·cm－2）辐照Si膜,会引起载流子密度方程中的俄歇复合项增大,从而使载流子密度下降率增大,导致载流子温度出现双峰.     

准分子激光作用下二氧化钛的表面变性

适当能量密度的准分子激光作用于二氧化钛时，电导性能发生了显著的变化，室温下从原来的绝缘体转变为半导体，同时表面颜色也发生了变化．利用X射线衍射、X射线光电子能谱及显微分析等多种测试方法进行了分析、比较，确定了该过程是由于短脉冲的准分子激光作用，造成了二氧化钛的快速升温熔化和快速冷凝重构，导致氧的缺位，引起了化学配比偏离．用热传导方程对能量密度阈值进行了近似估算，结果与实验基本相符 关键词：     

重复脉冲注入下半导体光放大器皮秒增益和折射率非线性的数值模拟

对重复周期小于载流子寿命的重复脉冲注入的情况，从速率方程出发，用分段模型对半导体光放大器的皮秒增益和折射率非线性进行了数值模拟，给出了重复脉冲注入下输出光脉冲时域波形的畸变、注入光脉冲引起的增益和相位变化，输出光脉冲上的频率啁啾随注入脉冲数增加的变化，以及归零光信号码流引起的增益和相位变化。     

激光测距用半导体脉冲激光测头的研究

研究了激光测距用半导体脉冲激光测头。通过对基于脉冲激光测距原理的半导体脉冲激光器的参数测量分析,研究了半导体脉冲激光的发射和接收。通过优化光学镜头组合,对半导体激光分散光束进行了平行准直。通过开发脉冲激光驱动电路、光电探测接收放大电路和半导体脉冲激光测距实验装置,研制了满足中距离激光测距要求的半导体脉冲激光测头。     

超短激光打孔中快速相变的格子玻尔兹曼模拟

采用双重分布函数的格子玻尔兹曼模型，对单脉冲激光金属打孔过程中的快速相变传热进行研究.模型考虑了金属材料熔化后熔体的流动换热，并采用浸没移动边界方案对过程中的固液界面进行追踪.采用纯导热模型和考虑对流的换热模型计算，将结果和试验进行对比，结果表明：在激光打孔过程中熔体的流动对相变传热产生较大影响，采用考虑流动换热模型的结果与实验更接近.进而对熔化速度、熔化深度以及温度场的变化进行分析，并探讨不同激光工艺参数对相变过程的影响.模拟发现一个脉冲结束后，激光的脉宽越大，孔深越小，孔径越大，且最高温度较短脉冲激光越低.     

Stimulated electronic Raman scattering in In vapor

High power density electron beams offer new opportunities for studies of epitaxial growth of semiconductor materials. Assuming that the mechanism of epitaxial growth can be understood as a surface melting followed by supercooling regrowth, the heat flow equation has been applied to calculate the temperature reached after an electron beam pulse of power density between 0.5–2 J/cm². Comparison with laser annealing is made.